基于GIS 軟件的縣級耕地質(zhì)量等別年度更新評價研究
——以松桃縣為例

韓 朗，張夢棋，侯敬麗

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪院，貴州 貴陽 550018）

0 引言

耕地資源保護(hù)是我國保障糧食安全的一項重大措施，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起著重大的影響作用[1]。近年來，城鎮(zhèn)化及工業(yè)化的推進(jìn)加快，一系列的建設(shè)不可避免占用耕地資源，造成耕地數(shù)量、質(zhì)量均呈現(xiàn)降低趨勢，對此黨中央、國務(wù)院對耕地保護(hù)工作給予了前所未有的重視，自然資源管理特別是耕地保護(hù)工作，逐步由數(shù)量管理為主向數(shù)量質(zhì)量并重管理轉(zhuǎn)變，而耕地質(zhì)量等別評定對實行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度以及構(gòu)建數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)三位一體的耕地保護(hù)新格局具有十分重要的意義[2-4]。因此，全面掌握耕地質(zhì)量、現(xiàn)狀變化及質(zhì)量建設(shè)引起的質(zhì)量等別變化情況，通過耕地質(zhì)量等別動態(tài)更新，保持成果的現(xiàn)勢性是保護(hù)耕地、提高土地利用率的關(guān)鍵舉措。耕地質(zhì)量等別更新評價成果不僅為耕地保護(hù)、永久基本農(nóng)田保護(hù)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、耕地“占補(bǔ)平衡”等方面提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考支撐，還對守好耕地保護(hù)紅線、實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、構(gòu)建農(nóng)業(yè)空間新格局、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供決策依據(jù)。目前伴隨著科技技術(shù)的推動發(fā)展，耕地質(zhì)量等別更新的研究方法也持續(xù)更新[5]，而基于GIS 軟件在耕地質(zhì)量等別更新中的研究成為當(dāng)下關(guān)注的熱點[5-8]。

本研究以貴州省松桃縣為例，基于2020 年度變更調(diào)查成果、第三次全國國土調(diào)查（簡稱“三調(diào)”）統(tǒng)一時點耕地質(zhì)量等別更新評價成果的基礎(chǔ)上，依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407-2012）（簡稱《規(guī)程》）及《貴州省2021 年耕地質(zhì)量等別更新評價技術(shù)方案》（簡稱《方案》），運用GIS 軟件的空間疊加分析工具對松桃縣2019-2020 年耕地現(xiàn)狀變化及質(zhì)量建設(shè)耕地等突變性因素引起的耕地質(zhì)量等別變化開展研究，以期為地區(qū)相關(guān)部門的工作決策提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

松桃縣地理位置處于108°35′42″～109°23′30″E，27°49′40″～28°30′20″N，位于云貴高原東部斜坡向湘西丘陵過渡的中間地段。位于貴州省東北部梵凈山東麓，處于武陵山脈主峰向湘西丘陵過渡地帶，地處黔、湘、渝兩省一市交界處，境內(nèi)東西76 km，南北74 km?？h域東西兩側(cè)高，南北偏低，中間低，屬盆地形態(tài)?？h域雨量充沛，年均降水量達(dá)1 400 mm，年平均日照達(dá)1 228 小時，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越。根據(jù)2020 年度變更調(diào)查統(tǒng)計，全縣總面積285 898.75 hm2，其中耕地總面積為52 874.01 hm2，占國土總面積的18.49%，耕地利用類型分為水田、水澆地及旱地三類。

1.2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

研究采用的數(shù)據(jù)包括“三調(diào)”統(tǒng)一時點行政區(qū)域、2018 年度耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果、2013-2018年耕地質(zhì)量等別更新評價年度更新包（年度新增耕地、質(zhì)量建設(shè)耕地的評價指標(biāo)因素及土地利用系數(shù)、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等）、2019-2020 年驗收的各級各類土地整治項目、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)、農(nóng)田水利建設(shè)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等相關(guān)項目資料。

1.3 研究方法

依據(jù)《規(guī)程》，研究采用“因素法”對新增耕地及質(zhì)量建設(shè)耕地變化范圍進(jìn)行評定。根據(jù)新增耕地及耕地質(zhì)量變化范圍，銜接上年度的耕地質(zhì)量等別評定成果，按照《規(guī)程》規(guī)定的方法步驟對土地整治耕地質(zhì)量等別進(jìn)行評定（見圖1）。

圖1 松桃縣耕地質(zhì)量等別評定技術(shù)路線圖

2 耕地質(zhì)量評價方法

2.1 評價單元劃分

本研究評價單元共劃分減少耕地、新增耕地及質(zhì)量建設(shè)耕地三大類評價單元，基于GIS 軟件，一是提取年度內(nèi)因建設(shè)占用、災(zāi)害損毀、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)退耕等原因減少的地類圖斑，生成減少耕地評價單元圖層（JSGD_DLTB）；二是提取年度內(nèi)因?qū)嵤┩恋亻_發(fā)復(fù)墾項目、農(nóng)民自主開發(fā)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因新增的耕地圖斑，生成新增耕地評價單元圖層（XZGD_DLTB）；三是收集、整理2019-2020 年內(nèi)通過驗收并且完成土地利用現(xiàn)狀變更的各類土地整治、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)及農(nóng)田水利建設(shè)等項目資料，提取項目區(qū)內(nèi)評價單元，生成質(zhì)量建設(shè)耕地評價單元圖層（ZLJS_DLTB）（見圖2）。

圖2 松桃縣評價單元劃分圖

2.2 耕地質(zhì)量評價及等別計算

根據(jù)《規(guī)程》及貴州省農(nóng)用地分等指標(biāo)體系，松桃縣屬于二級指標(biāo)區(qū)中的川鄂湘黔淺山區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)耕地制度為一年兩熟制，基準(zhǔn)作物為水稻，指定作物為水稻、小麥和玉米，作物光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)及指定作物產(chǎn)量比系數(shù)見表1。

2.2.2 評價指標(biāo)體系及權(quán)重構(gòu)建

根據(jù)《規(guī)程》中農(nóng)用地分等確定的耕地質(zhì)量評價參評因子指標(biāo)體系，結(jié)合《方案》，選取適合松桃縣的有效土層厚度、表層土壤質(zhì)地、地形坡度、土壤酸堿度（pH 值）和土壤有機(jī)質(zhì)含量、剖面構(gòu)型、障礙層深度、地表巖石露頭度、灌溉保證率和排水條件、海拔等11個評價指標(biāo)因子。記分規(guī)則采用貴州省農(nóng)用地分等指標(biāo)體系中確定的“指定作物- 分等因素- 自然質(zhì)量分”評定記分表打分。分級指標(biāo)及權(quán)重見表2。

表2 松桃縣耕地質(zhì)量評價指標(biāo)及權(quán)重

2.2.3 耕地質(zhì)量等別計算

土地利用（經(jīng)濟(jì)）系數(shù)。按照《規(guī)程》及《方案》，基于“三調(diào)”統(tǒng)一時點村級行政區(qū)范圍，以2018 年度耕地質(zhì)量等別更新評價縣級分等單元為基礎(chǔ)，將作物土地利用（經(jīng)濟(jì)）系數(shù)賦值到“三調(diào)”統(tǒng)一時點的村級行政區(qū)范圍內(nèi)。村界有變化的，以“三調(diào)”統(tǒng)一時點村界為準(zhǔn)，通過GIS 空間分析，按“相同地類、面積占比最大”規(guī)則，更新修正作物土地利用（經(jīng)濟(jì)）系數(shù)。

自然、利用和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)。按照《規(guī)程》中的技術(shù)方法，計算縣級評價單元的自然質(zhì)量等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟(jì)等指數(shù)。計算公式如下：

式中，Rij表示第i個分等單元第j種指定作物的自然等指數(shù)；αij表示第j種作物的光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)；CLij表示第i個分等單元內(nèi)第j種指定作物的農(nóng)用地自然質(zhì)量分；βj表示第j種作物的產(chǎn)量比。Yij表示第i個分等單元第j種指定作物的利用等指數(shù)；KLj表示分等單元所在等值區(qū)的第j種指定作物的土地利用系數(shù)。Gij表示第i個分等單元第j種指定作物的農(nóng)用地經(jīng)濟(jì)等指數(shù)；Kcj表示分等單元所在等值區(qū)的第j種指定作物的土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

成果轉(zhuǎn)換。將省級自然等別、利用等別和經(jīng)濟(jì)等別轉(zhuǎn)換為國家級等別，轉(zhuǎn)換參數(shù)如下：

在機(jī)械設(shè)備制造中，自動化技術(shù)的出現(xiàn)，使其能夠依托于計算機(jī)來對機(jī)械設(shè)備制造的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行集成化控制，從而使自動化技術(shù)發(fā)揮更大的作用。利用自動化技術(shù)來進(jìn)行集成化的機(jī)械設(shè)備制造，能夠使不同的加工工序按照線性的方式進(jìn)行排序，從而實現(xiàn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的科學(xué)整合，并通過相應(yīng)的子系統(tǒng)對這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，從而提高各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的協(xié)作性，使機(jī)械設(shè)備制造分工更加清晰明確，進(jìn)而為機(jī)械設(shè)備制造提供了可靠的技術(shù)保證。

國家級經(jīng)濟(jì)等指數(shù)=Gij×0.7542+294.2

根據(jù)《規(guī)程》計算得到的耕地質(zhì)量指數(shù)，按照國家優(yōu)高中低等地的劃分標(biāo)準(zhǔn)采用等間距法劃分耕地質(zhì)量等別劃分為優(yōu)等（1～4 等）、高等（5～8 等）、中等（9～12等）和低等（13～15 等）共4 個等別。根據(jù)耕地產(chǎn)能指數(shù)，國家自然質(zhì)量等別采用400 分的等間距劃分，國家利用等別和國家經(jīng)濟(jì)等別采用200 分的等間距劃分，將耕地產(chǎn)能劃分為1,2,…,15，共計15 個等別，其中1等最優(yōu)。

2.3 耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)據(jù)庫建設(shè)按照耕地質(zhì)量等別年度更新評價技術(shù)要求執(zhí)行，運用GIS 軟件的空間分析工具生成耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫和年度更新數(shù)據(jù)包。

3 結(jié)果與分析

3.1 年度增減耕地質(zhì)量等別變化情況

年度增減類耕地質(zhì)量變化是耕地質(zhì)量等別評價更新的重要因子，其原因在于年度內(nèi)因建設(shè)占用、災(zāi)害損毀、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)退耕等原因減少及因?qū)嵤┩恋亻_發(fā)復(fù)墾項目、增減掛鉤、農(nóng)民自主開發(fā)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因新增的耕地，均能體現(xiàn)地區(qū)耕地質(zhì)量變化的情況，從而為地區(qū)進(jìn)一步研判保護(hù)與開發(fā)決策提供重要參考依據(jù)（見表3）。

表3 松桃縣增減類耕地國家等別面積表（單位：hm2）

由表3 可知，松桃縣2019-2020 年減少耕地871.02 hm2，涉及圖斑5 995 個。從空間分布區(qū)域看，主要分布在中部的普覺鎮(zhèn)，占全縣減少耕地總面積的8.17%。2019-2020 年新增耕地159.91 hm2，涉及圖斑1 336 個，新增耕地等別主要集中在9～11 等別，新增耕地糧食總產(chǎn)能為3 394.38 噸。空間分布主要集中在西北的甘龍鎮(zhèn)，新增耕地占全縣總面積的19.02%。新增耕地較減少類型面積少711.54 hm2，表明松桃縣在今后亟需注重耕地后備資源的開發(fā)以及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、土地整治等項目進(jìn)行質(zhì)量建設(shè)，保障耕地總體穩(wěn)定。

質(zhì)量建設(shè)耕地是有效提升耕地質(zhì)量以及補(bǔ)充耕地的途徑，各類土地整治、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)及農(nóng)田水利等項目的建設(shè)，不僅有效改善項目區(qū)內(nèi)的灌排水、溝渠設(shè)施完善度、田間道路通達(dá)率等基礎(chǔ)設(shè)施條件，還可以通過培肥、土地平整等工程措施提升土壤肥力、丘塊平整度及與土壤性狀相關(guān)的一系列指標(biāo)。表4 可知，松桃縣2019-2020 年質(zhì)量建設(shè)耕地226.26 hm2，涉及質(zhì)量建設(shè)項目37 個，圖斑個數(shù)297 個。國家利用等別8～11 等耕地經(jīng)質(zhì)量建設(shè)后，增加了48.08 hm2，有效增加了因建設(shè)占用耕地的缺口，使松桃縣達(dá)到耕地總體穩(wěn)定。

表4 松桃縣質(zhì)量建設(shè)類耕地國家等別面積表（單位：hm2）

3.2 耕地質(zhì)量等別更新評價總體情況

對松桃縣耕地質(zhì)量等別年度更新評價成果從國家自然等、利用等及經(jīng)濟(jì)等三種類別分析（見圖3）。從耕地質(zhì)量等別分布分析，自然等與經(jīng)濟(jì)等評定分為6個等別，最高等均為8 等，利用等評定為7 個等別，最高等為7 等；自然等以9～10 等耕地為主，占耕地總面積的69.42%，利用等以9、11 等耕地為主，占耕地總面積的56.35%，經(jīng)濟(jì)等以11 等為主，占耕地總面積的33.19%；全縣國家自然等、利用等及經(jīng)濟(jì)等三種類別的國家平均等分別為9.88 等、9.18 等、10.45 等。

圖3 松桃縣耕地質(zhì)量等別年度更新評價統(tǒng)計圖

根據(jù)國家優(yōu)高中低等地的劃分標(biāo)準(zhǔn)，松桃縣無優(yōu)等地，均以中等地為主。其中國家自然等中高等地面積為1 685.70 hm2，占耕地總面積的3.19%；中等地面積為51 182.76 hm2，占耕地總面積的96.80%；低等地面積為5.55 hm2，占耕地總面積的0.01%。國家利用等中高等地面積為5 755.95 hm2，占耕地總面積的10.89%；中等地面積為46 085.14 hm2，占耕地總面積的87.16%；低等地面積為1 032.92 hm2，占全縣耕地評定總面積的1.95%。國家經(jīng)濟(jì)等中高等地面積為3 223.97hm2，占耕地總面積的6.00%；中等地面積為48 885.72 hm2，占耕地總面積的92.46%；低等地面積為764.32 hm2，占耕地總面積的1.45%。

3.3 與“三調(diào)”統(tǒng)一時點耕地質(zhì)量等別成果對比

對2020 年耕地質(zhì)量等別評價更新成果與“三調(diào)”統(tǒng)一時點成果采用國家利用等進(jìn)行對比分析（見表5），由表可知，2020 年與統(tǒng)一時點相比，耕地總面積減少了711.57 hm2；兩年度耕地評定均為7～13 等別，共7個等別，其中統(tǒng)一時點全縣平均國家利用等別是10.29等，2020 年平均國家利用等別是10.28 等，較統(tǒng)一時點提升0.01 等。

表5 2020 年與統(tǒng)一時點相比耕地質(zhì)量等別變化對比表（單位：hm2）

4 結(jié)論

（1）基于GIS 軟件的空間分析工具，對松桃縣2019-2020 年新增、減少類耕地及質(zhì)量建設(shè)耕地等別變化范圍進(jìn)行評定，有效實現(xiàn)了耕地質(zhì)量等別成果動態(tài)更新。

（2）2019-2020 年松桃縣新增類耕地及質(zhì)量建設(shè)耕地共計385.77 hm2，低于年度減少類耕地面積，今后亟需注重耕地后備資源的開發(fā)以及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、土地整治等項目進(jìn)行質(zhì)量建設(shè)，保障耕地數(shù)量和質(zhì)量總體穩(wěn)定。